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INTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD TICOMAN

ELIZARRARAZ SALAZAR OMAR MAURICIO

INGENIERÍA EN SISTEMAS AUTOMOTRICES 7SM1

LABORATORIO DE AERODINAMICA PRÁCTICA 1 MEDICIÓN DE PRESIÓN TOTAL, PRESIÓN ESTÁTICA Y PRESIÓN DINÁMICA

Objetivo de la Práctica: Usar un tubo de Pitot para determinar la presión total, la presión estática y la presión dinámica en un flujo de aire a diferentes velocidades a lo largo de un ducto de sección transversal variable y otro de sección transversal constante para comparar los valores obtenidos con los valores teóricos dados por la ecuación de continuidad. Desarrollo de la Práctica Para la primera parte de esta práctica se determinaron las condiciones ambientales a las que se encontraba el laboratorio de aerodinámica con los instrumentos que se encuentran a un costado de su cubículo. Uno de estos instrumentos es el barómetro, el cual ayudo a medir la presión atmosférica, en mmHg. Esta se midió domando como referencia, la altura de la columna de mercurio que formaba una concavidad en la punta; a partir de donde se formaba esta concavidad, se alzo una regla graduada alineándola con el vértice de dicha concavidad, cuyos decimales nos mostraba en la graduación de la regla eran los decimales adicionales a la atmosfera leída en la graduación del barómetro. Los otros instrumentos eran un higrómetro digital y un termómetro los cuales indicaron la temperatura y el porcentaje de humedad relativa. Al comenzar la segunda parte de la práctica todo el equipo y material requerido se le pidió a usted. Una vez adquirido, se monto la escala en las vigas encontradas en la parte superior del túnel de viento, también se monto el tubo Pitot en el carro soporte, en la abertura encontrada en el lado opuesto al gancho del carro soporte; este sistema fue montado en la escala. El túnel de viento ya contaba con el fondo plano, con esto ya podíamos comenzar con la primera parte de la práctica, la cual consistía en conectar la manguera derecha del manómetro diferencial (ubicado en la parte trasera del túnel de viento) en el tubo Pitot que mide presión total. Al encender el túnel de viento, en el manómetro diferencial comenzó a desplazarse el fluido, donde se podía apreciar la lectura de la presión total del sistema, en el punto "A" de la escala, pero al continúan leyéndola en las otras posiciones, se noto que la presión total no variaba en lo más mínimo (esta presión, el manómetro la marcaba en Pa). Para determinar la presión estática se desconecto la manguera para medir la presión total y se conecto la manguera derecha del manómetro diferencial en el tubo perpendicular a la corriente del tubo Pitot, estas lecturas al igual que en la presión total, no variaban en cuanto se cambiaba la posición del carro soporte en los diferentes puntos de la escala. Al tener los datos de ambas presiones se obtuvo la presión dinámica calculada.

Para terminar esta parte de la práctica se conecto de nueva cuenta la manguera izquierda del manómetro, en el tubo Pitot y se encendió el túnel de viento pero al igual que en la pruebas anteriores después de que el liquido se desplazaba para darnos la lectura de la presión dinámica, esta no variaba con el cambio del posición del carro soporte en cada uno de los puntos de la escala. Un punto muy importante que se observo es que la presión dinámica leída y la calculada no eran las mismas, pero no presentaban una diferencia muy grande.

Para la tercera y última parte de la práctica se cambio el fondo plano del túnel de viento por el fondo inclinado. En esta parte surgió una situación muy curiosa ya que al conectar las mangueras de la misma manera que en la parte anterior, el líquido del manómetro diferencial se desplazaba en dirección contraria a la de las mediciones, por tanto la posición de las mangueras se tuvo que cambiar para que se pudiera obtener una lectura. Al medir la presión total, al igual que las otras etapas de la práctica, no variaba al cambiar la posición del tubo Pitot en los puntos A-F, pero la lectura que nos mostró esta diferente a la de la presión total medida con el fondo plano. Pero al medir la presión estática, comenzó a disminuir conforme se desplazaba el carro soporte con el tubo Pitot, y su cambio de presión no era constante, cambiaba gradualmente conforme se desplazaba al punto F.

Para concluir con la práctica se midió la presión dinámica con el manómetro, colocando ambas mangueras en el tubo Pitot (intercambiadas para que la lectura no diera negativa) y se midió la

presión dinámica; esta presión al igual que en parte anterior, fue más grande que la leída pero no tenían una gran diferencia entre ellas. Además se midieron las condiciones ambientales finales de la misma manera que se midieron las iníciales. Datos Obtenidos 1.- Determinación de las Condiciones Ambientales Iníciales

Finales

Temperatura ambiente (°C) Presión Barométrica (mmHg) Humedad Relativa (%)

23.8 589.4 79

25.2 589.7 74

Caculo de la presión barométrica corregida.

Calculo de la presión de saturación.

[(

)

Calculo de la presión de vapor.

( Calculo de la densidad del aire.

)

Promedio

]

24.5 589.55 76.5

(

)

2.- Medición de la presión total, estática y dinámica de un ducto con sección transversal constante.

Posición

Presión Total N/m2

Presión Estática N/m2

Presión Dinámica Calculada q=PT-PE

Presión Dinámica Leída en el Manómetro N/m2

Velocidad del Viento Utilizando q Leída (m/s)

26 26 26 26 26 26

7.59 7.59 7.59 7.59 7.59 7.59

A 14 -10 24 B 14 -10 24 C 14 -10 24 D 14 -10 24 E 14 -10 24 F 14 -10 24 Donde la velocidad fue calculada con la ecuación: √

2.- Medición de la presión total, estática y dinámica de un ducto con sección transversal variable Posición

Área m2

Presión Total (N/m2)

Presión Estática (N/m2)

A 0.02 45 21 B 0.019 45 20 C 0.018 45 18 D 0.017 45 16 E 0.016 45 13 F 0.015 45 8 Donde la velocidad fue calculada con la ecuación:

Presión Dinámica Calculada (q=PTPE) N/m2

Presión Dinámica Leída en el Manómetro N/m2

Velocidad del Viento Utilizando q Leída (m/s)

24 25 27 29 32 37

26 27 29 30 35 38

7.59 7.74 8.02 8.16 8.81 9.18

√

4.- Comparación de Datos Teóricos con Iníciales. Comparación de los valores de velocidad obtenidos utilizando la ecuación de continuidad.

Posición

A

B

C

D

E

F

Velocidad Experimental Velocidad Teórica Área

7.59 7.59 0.02

7.74 7.99 0.019

8.02 8.44 0.018

8.16 8.93 0.017

8.81 9.49 0.016

9.18 10.12 0.015

Relación de la Ecuación de Continuidad (

) (

)

(

)

(

)

(

)

Cuestionario 1.- Explique a que se deben los resultados de los datos teóricos y los experimentales. En todas las prácticas realizadas experimentalmente se suelen obtener datos que no concuerdan con los datos teóricos o ideales. Algunos de los factores que pueden llegar a perturbar la obtención precisa de los datos para que estos lleguen a ser tan aproximados como los calculados suelen ser errores de medición humana, ya que al observar el instrumento de medición desde un ángulo diferente puede llegar a variar en decimas la medida obtenida y por consiguiente afectara a la obtención precisa de las medias ideales. El mal uso del instrumento de medición llega a afectar la obtención de datos del experimento. Pero el factor más importante que podría destacar en mencionarse es que los datos teóricos han sido calculados, referente a sistemas ideales cuyas pérdidas de energía, variabilidad de temperatura y muchos más eventos, afectan a nuestro sistema real. 2.- ¿Cuál es la ventaja al trabajar con manómetro inclinado con respecto a uno vertical? Los manómetros de columna inclinada tiene la ventaja de poder medir diferencias de presiones muy pequeñas. Además que permite extender el rango de medición de la presión en una escala larga, esto los hace mucho más exactos que los manómetros de columna vertical.

Tal y como lo podíamos contemplar en la practica el manómetro inclinado nos mostraba una escala muy amplia de presión, con lo cual podíamos medir la presión relativamente baja que generaba el túnel de viento. 3.- Explique porque la escala de velocidad del manómetro diferencial utilizado en los experimentos no se puede utilizar directamente. ¿Qué correcciones y porque se deben efectuar a esta escala? La escala de velocidad de un manómetro diferencial requiere de algunas correcciones debido a la suma de presión que se obtiene del flujo del fluido a través del tubo Pitot hacia al manómetro. Estas correcciones se pueden establecer conforme a la “Ecuación de Bernoulli” ya que en el sistema en el que se está trabajando es un conducto cerrada y la energía que transmite el fluido es constante. Con ello podemos despejar la Ecuación de Bernoulli para obtener la velocidad.

√ Donde: P es la presión dinámica

ρ es la densidad del fluido z altura desde una cota de referencia a la altura máxima que el liquido del manómetro alcance g aceleración gravitatoria 4.- Un tubo Pitot indica una presión dinámica igual a 8.820 N/m2 ¿Cuál es la velocidad del flujo en km/h? Suponiendo que la densidad del aire es la tomada en el laboratorio

√

5.- Un tubo Pitot que incluye orificios para presión estática como el que se utilizo en los experimentos se le llama tubo Pitot-estático, pero ¿que sucede si la toma de presión estática se

separa del tubo y se coloca en otro punto de la corriente de fluido? Al realizar el cálculo de la velocidad ¿Qué velocidad obtenemos? ¿Velocidad en donde se encuentra el tubo Pitot (es decir la toma de presión total) o la velocidad donde se encuentra la presión estática? Si la toma de presión se mueve de manera unitaria a otro punto, diferente a la toma de presión total, tomaría una lectura errónea de la presión dinámica del punto de origen. Esto generara que la velocidad aumente si la toma de la presión estática esta en un área menor como en el punto F y disminuirá la velocidad si la toma de presión estática esta en un área mayor como el punto A. Conclusión El tubo Pitot es un instrumento que me permitió observar el comportamiento de una corriente de aire expedida por el túnel de viento, reflejándolo en el manómetro diferencial como una diferencia de presiones. Al cambiar el comportamiento del flujo podemos observar que esta diferencia de presiones se hace más evidente y con ello se afecta la velocidad que el aire. En la interpretación de los datos obtenidos en la práctica, se puede hacer una analogía: Cuando abrimos la llave de un grifo, una corriente de agua sale de una manera constante, por tanto la velocidad con la que sale el agua en teoría debería de ser la misma en cualquier punto de la tubería (grifo). Al recortar su área de salida (Tal y como se reduce al colocar la sección transversal en el túnel de viento) la presión en la tubería aumenta y por consiguiente la velocidad del agua también aumenta. Algo parecido se puede demostrar en las tablas mostradas en el procedimiento. Tambien puedo concluir que a pesar de ser instrumentos de medición muy precisos, tanto como el operador, el instrumento y las condiciones en las que se realice el experimento o la práctica, llegan a afectar directamente en la toma de los datos de la misma, alterando tanto los resultados reales como los ideales (calculados).